当代混凝土对水泥品质的需要

当代混凝土对水泥品质的需要廉慧珍清华大学土木工程系思维方法和观念的转变比技术更重要当代混凝土的特点水泥品质对混凝土质量的影响当代混凝土对水泥的要求矿物掺和料由谁来掺好？思维方法和观念的转变比技术更重要正确的技术决策取决于正确的观念正确的观念取决于正确的思维方法树立正确的思维方法才能不断更新知识不断更新知识才会有真正的技术进步知识是人对客观世界及其河自己关系的认识，是人类生存和发展的源泉“人不能两次踏进同一河流”──客观世界永远是发展的“经验是一条我们曾经沿着它到达今天的道路，可是世界在昨天早晨变了，经验还会是通往明天的阶梯吗？”——人类对客观世界的认识必须是发展的混凝土是什么？混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系工艺必须简单──否则不能成为最大宗的土木工程材料：原材料来源广泛制作工艺简单──混合、搅拌、成型比其他结构材料（钢材、木材）耐久体系必然复杂：原材料不能提炼，成分波动微结构形成的环境和时间的依赖性——对温度、湿度的敏感性；水化不断进行造成动态的微结构。因此造成性能的不确定性性能随微结构的发展而发展,而微结构具有不同层次(宏观层次、亚微观层次、微观层次)的多相(固相、液相、气相)，非均质性(依配合比不同而离散)微结构的不确知性——水泥水化形成复杂的凝胶，在目前技术水平下难以测定；因此：混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”──事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性.初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。越是简单的工艺，越有管理和控制的难度；工业化、集约化是社会生产发展的趋势，促使了现代混凝土的发展。当代混凝土的特点当代混凝土是以高效减水剂大规模使用和矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有关。实用混凝土强度范围很宽，从C20(极少量C15)到C80混凝土和水泥强度之间不再有线性关系，32.5的水泥可以配制C60的混凝土，却配不出C20混凝土严酷环境的工程增加，使耐久性要求日益突现以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流变性能成为重要问题在水泥水化热增大、强度提高的同时结构尺度增大，改变了大体积混凝土的概念劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾水泥现状对现代混凝土的不适应问题片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、实际强度浮动幅度太大；太细的水泥提高水泥的放热速率，降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展，后期水化无发展余地，使结构失去自愈的能力不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在现代混凝土中与外加剂的相容性水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，早期开裂问题普遍水泥强度和混凝土强度的关系——什么是水泥和混凝土的强度任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比按现有标准的水泥强度检验水灰比：0.5当前用量最大的混凝土水灰比：＜0.5不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝土，而且不同强度的水泥能配出相同强度的混凝土不必盲目追求水泥的高强，32.5的水泥能配制出C60混凝土在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍然有关，高强度水泥可用于象C80、C100这样的高强的混凝土，但是用量很少；高强混凝土不一定耐久；像任何事物一样，高强混凝土也是有利也有弊；工程对混凝土强度的要求是有限的目前配制C80、C100的混凝土并不困难，难的却是是配不出合格的C20混凝土外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识如何看待混合材料水泥/复合水泥的强度矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水灰比的减小而增大的幅度大于水泥对强度的贡献随水灰比减小而增大的幅度，因此掺用掺和料的混凝土必须降低水胶比粉煤灰体积比为1∶1的不同水胶比浆体中粉煤灰和水泥在不同龄期时对强度的贡献0510152025300.81.21.62体积水灰比抗压强度（MPa)7天粉煤灰7天水泥28天粉煤灰28天水泥0102030400.81.21.62体积水胶比抗压强度（MPa）90天粉煤灰90天水泥365天水泥365天粉煤灰强度—粉煤灰掺量—水胶比关系不同厂家生产的相同品种、相同强度硅酸盐水泥在混凝土中的不同表现B厂水泥在半绝热条件下收缩的约束应力是A厂的3倍A水泥厂，稍有膨胀B水泥厂，收缩7天开裂14天开裂两个大厂的52.5硅酸盐水泥，w/c＝0.3成型温度18℃；24h后拆模并在室外负温下放置什么是好的水泥？Lemish和Elwell1996年在对依阿华州劣化的公路路面钻芯取样的一项研究中,也发现10～14年强度倒缩而得出结论：混凝土性能良好和强度增长慢有关。采用快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩；1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水泥的平均水平很相似。混凝土高强的利和弊——利：在相同荷载作用下，减小构件断面、减少用钢量，适用于高耸、大跨、重载等结构增加构件刚度弊：高强不一定耐久:强度越高，抗拉与抗压强度比越小，构件延性比小；水灰比低，自收缩大；水泥用量大，温升大；早期弹性模量大，徐变小，收缩应力大；因此早期开裂倾向大；由于稳定的要求，结构物对强度的需要是有限的强度和开裂的关系混凝土抗拉强度和抗压强度比值随抗压强度的提高而下降0.050.060.070.080.090.10.11010203040506070抗压强度（MPa)直接抗拉强度/抗压强度当前混凝土早期开裂的根本原因及其后果拉应变增加水灰比(水胶比)降低水泥强度提高混合材料活性提高(用水量)浆骨比增加水化温升提高,温度收缩应变增加自收缩增加早期弹性模量提高，徐变减小拉应力增加约束早期开裂倾向增加大气环境作用耐久性下降早期强度大幅度提高的要求超过抗拉强度柱子的主要可能破坏形式受拉破坏失稳破坏受剪破坏当代混凝土对水泥的要求具有低的开裂敏感性、良好的匀质性、有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的成分（如Cl-、含碱量的控制）尽可能低的需水量质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要，相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有不同的表现水泥标准是为了控制无害性和匀质性而规定的最低要求，重要的是产品的匀质性，应当限制指标的上下限；每个水泥厂都应当有自己的标准差水泥含碱量和C3A对收缩的影响S=3014cm2/g0501001502002500.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min比表面积为3014cm2,饱和点为0.8%,坍落度不损失掺量为1.6%雍阳外加剂厂试验水泥细度为3982cm2,饱和点为1.2%,坍落度无损失掺量为1.82%S=3982cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min雍阳外加剂厂试验比表面积为4445cm2,饱和点为1.6%,找不到坍落度无损失点S=4445cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min雍阳外加剂厂试验越细的水泥抗拉强度越低水泥细度和混凝土抗冻性的关系水泥细度对开裂敏感性的影响水泥细度和水泥浆体和混凝土抗裂的关系水泥中不同细度颗粒对强度的作用水泥细度与其抗压强度的关系掺和料由谁来掺好？由混凝土掺有什么问题？对混凝土的利弊对水泥的利弊胶凝材料发展的否定之否定规律当前商品混凝土存在什么问题？掺入组分太多，管理水平对现代混凝土技术适应性较差，上错料的问题时有发生；外加剂掺入方式影响外加剂效率和拌和物质量；搅拌机搅拌时间太短，混凝土的多组分无预均化工序，存在拌和物匀质性的问题萘系减水剂掺法与坍落度经时损失的关系高效减水剂掺入方式对浆体流变性能的影响—SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂—SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂▲—AD将超塑化剂溶于拌和水中020406080100120050100150200250300时间（秒）微型坍落度（cm）SPCSpADAD■—SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂●—SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂◆—AD将超塑化剂溶于拌和水中搅拌时间和混凝土强度匀质性的关系搅拌时间和混凝土的匀质性的关系使用大掺量矿物掺和料的混凝土SO3不足，致使混凝土早期强度低、凝结慢、收缩大，与减水剂相容性差，长期弹性模量较低。采取提高比表面积的措施以提高矿渣活性，使混凝土降低温升的效果差，自收缩增大，开裂敏感性增加SO3对水泥浆体变形的影响-0.16-0.14-0.12-0.1-0.08-0.06-0.04-0.0200123456SO3含量（%）收缩（%）4.48℃22.78℃40.56℃22.78℃时的石膏最佳掺量SO3对砂浆变形性能的影响-0.04-0.03-0.02-0.0100.010.020.030.04020406080龄期（d）膨胀率SO31.3%SO31.79%SO32.24%SO32.69%SO33.13%0.0400.060水中空气中石膏对坍落度损失的影响石膏掺量对掺减水剂的浆体需水量影响1520253034567石膏掺量（%）标准稠度用水量（%）WRA0WRA0.5%WRA1%WRA1.5%WRA2%矿物掺和料总量占胶凝材料的50%SO3对砂浆抗压强度的影响30354045505560657011.522.533.5SO3(%)抗压强度（MPa）3d7d28dSO3对砂浆抗折强度的影响88.599.51010.51111.5123SO3(%)抗折强度（MPa）3d7d28d胶凝材料发展的否定之否定规律从混凝土来说必须但无能力解决预均化问题。水泥的发展要从整体工程建设的需要出发，按混凝土的需要生产，按混凝土的规律检验“钱由谁来赚？”──有钱大家赚，大家都能赚，只想自己赚，谁也赚不成在市场经济条件下，每个企业生产产品的同时，又是原材料的用户，需要互相了解，互相服务。打破行业隔离的现状是时代发展的要求和必然顾客是上帝，但是“上帝”未必知道自己需要什么，“培训顾客”是一种营销思维和观念的转变，是营销的最高境界水泥-混凝土联合生产和经的模式的设想将一部分水泥由最终产品变成中间产品，其质量直接服务于混凝土水泥厂办搅拌站，按照混凝土需要的胶凝材料组成生产后，直接用于混凝土搅拌站添置粉磨站，将原来在搅拌楼预搅拌的工序搬到磨机中，在粉磨中均化搅拌站向水泥厂订货，联合生产单独办一个专为搅拌站“来料加工”企业购销合同内容（除供货与付款的规定外）用户对产品的技术要求和产品对用户的承诺售方提供产品说明作为合同附件，产品说明主要内容为：水泥品种和强度等级，熟料矿物组成，掺和料品种和比例，水泥的化学成分（烧失量、SO3含量、以Na2O当量计的碱含量、氯离子含量），石膏品种，水泥的标准稠度用水量、实测强度及检测期间标准差，水泥水化热。当前应当做的是加强合同意识和行为购销合同内容(除供货与付款的规定外)：用户对产品的技术要求和产品对用户的承诺售方提供产品说明作为合同附件，产品说明主要内容为：水泥品种和强度等级，熟料矿物组成，掺和料品种和比例，水泥的化学成分(烧失量、SO3含量、以Na2O当量计的碱含量、氯离子含量)，石膏品种，水泥的标准稠度用水量、实测强度及检测期间标准差，水泥水化热。存在的不一定都合理外国的不哟定都正确专家、权威不一定都正确思路决定出路，创新决定发展谢谢！